Szemcsés anyagok szimulációja molekuláris dinamikával
Title in English
Simulation of granular materials by molecular dynamics
Panel
Physics
Department or equivalent
Department of Theoretical Physics (Budapest University of Technology and Economics)
Starting date
2004-01-01
Closing date
2007-12-31
Funding (in million HUF)
2.082
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
1. Sikerült memutatni, hogy a felül nyitott falakkal rekeszekre
osztott konténerben rázott szemcsés anyag viselkedésének leírására
használt modell (a kisérleteket a Maxwell démon szemléltetésére
végeztek el) egy általános statisztikus fizikai modellel azonos és így
egyből alkalmazhatő fázisdiagramok meghatározására.
2. Három dimenziós triaxiális nyírás szimulálásával megmutattuk, hogy
a nyírás módjától és a minta tulajdonságaitól függően milyen nyírási
sáv morfológiák alakulhatnak ki. Emellett megmutattuk, hogy a kezdeti
feltételektől függetlenül a nyírási sávban egy kritikus kitöltöttség
alakul ki, ami a részecskék közti súrlódási együtthatótól függ.
3. Bevezettünk egy sztochasztikus, mezoszkopikus modellt, amely
alkalmas kvázi sztatikus nyírás során fellépő elmozdulás- és
kitöltöttségprofil leírására. A módosított Couette cellában létrejövő
nyírási zónák alakján próbáltuk ki, mivel egyrészt erre még nem volt
elmáéleti magyarázat másrészt viszont részletes kisérleti adatok
álltak rendelkezésre. A modellt más esetekben is sikerrel próbáltuk
ki, ezen eredmények még publikálás alatt van.
4. A fenti model alapjául szolgáló elvet sikerült kétdimenziós
biaxiális nyírásra is alkalmazni, és leírni az ott előforduló nyírási
sáv konfigurációkat és magyarázatot adni a szimulációkban és
kisérletekben megfigyelhető feszültséghullámzásokra.
Results in English
1. We showed that the model used to describe the behaviour of the
granular material shaken in a container with open top bins (originally
used to show Maxwell daemon) belongs to the class of a model of
statistical physics. The solution already present in that field
permitted the immediate calculation of phase diagrams.
2. By simulating 3 dimensional triaxial shear we showed how the shear
band morphologies depend on the way of shear and the initial sample
preparation. The volume fraction inside the shear bands is constant
independent of the shear method and the initial conditions.
3. We developed a stochastic, mesoscopic model which is capable of
describing the displacement, volume fraction field during quasi static
shear. We tried it on the modified Couette cell where no other theory
was able to describe the results of the experiments and good quality
data was available. We also applied the model on other geometries
successfully. The publication of these results is under way.
4. The principle which is the basis of the above model was also used
successfully to the two dimensional biaxial shear where we could
describe and predict the shear band configurations and the stress
fluctuations.
T. Unger, J. Török, J. Kertész, D. E. Wolf: Shear Band Formation in Granular Media as a Variational Problem, Physical Review Letters 92, 214301, 2004
J. Török: Analytic study of clustering in shaken granular material using zero-range processes, Physica A 355,374, 2005
J. Török, S. Fazekas, T. Unger, D.E. Wolf: Relationship between particle size and normal force, R. Garcíja and H.J. Herrmann and S. McNamara, editors Powder and Grains 2005, page 1273, Balkema (2005)., 2005
S. Fazekas, J. Török, J. Kertész, D.E. Wolf: Computer simulation of three dimensional shearing of granular materials: Formation of shear bands, R. Garcíja and H.J. Herrmann and S. McNamara, editors Powder and Grains 2005, page 223, Balkema (2005)., 2005
T. Unger, J. Török, J. Kertész, D. E. Wolf: Shear Band Formation as a Variational Problem, R. Garcíja and H.J. Herrmann and S. McNamara, editors Powder and Grains 2005, page 227, Balkema (2005)., 2005
S. Fazekas, J. Török, J. Kertész, D. E. Wolf: Morphologies of three-dimensional shear bands in granular media, Physical Review E 74, 031303, 2006
J. Török, T. Unger, J. Kertész, D.E. Wolf: Shear Zones in granular materials: Optimization in a self-organized random potential, Physical Review E, 75, 011305, 2007
S. Fazekas, J. Török, J. Kertész: Critical packing in granular shear bands, Physical Review E 75, 011302, 2007
Events of the project
2012-02-15 11:10:32
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem), Új kutatóhely: Elméleti Fizika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem).
